Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước, kết cấu bộ phận hướng dòng đến hiệu suất bơm chìm hướng trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MINH TUẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KÍCH THƢỚC VÀ KẾT CẤU CỦA BỘ PHẬN HƢỚNG DÒNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA BƠM CHÌM HƢỚNG TRỤC Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MINH TUẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KÍCH THƢỚC VÀ KẾT CẤU CỦA BỘ PHẬN HƢỚNG DÒNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA BƠM CHÌM HƢỚNG TRỤC Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. NGUYỄN THẾ MỊCH 2. NGUYỄN VĂN BÀY Hà Nội – 2016 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án tiến sỹ, tôi rất may mắn và vinh dự nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của hai nhà khoa học là GS. Nguyễn Thế Mịch và PGS.

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ có hiệu quả của hai thày. Tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến các thày, cô trong Bộ môn Máy và tự động thủy khí, Viện cơ khí động lực, trường đại học Bách khoa Hà Nội. Tôi xin cảm ơn đến anh em đồng nghiệp nói chung và anh em đồng nghiệp trong Trung tâm nghiên cứu tư vấn cơ điện và xây dựng nói riêng đã luôn động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu và công tác. Tôi xin chân thành cảm ơn đến tập thể lãnh đạo, anh em nhân viên kỹ thuật, công nhân của Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương, Công ty CP chế tạo điện cơ Hà Nội đã giúp đỡ tận tình trong quá trình thực hiện luận án và có nhiều góp ý, hỗ trợ rất quý báu về thiết kế, chế tạo cũng như thử nghiệm các máy mẫu trong luận án tiến sỹ của tôi.

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ông, bà, bố mẹ, anh em trong gia đình tôi, đặc biệt là người vợ và con gái nhỏ yêu quý của tôi đã nhẫn nại, chịu nhiều khó khăn, thiệt thòi luôn luôn bên cạnh tôi để động viên, khuyến khích cho tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận án tiến sỹ này. Nghiên cứu sinh Nguyễn Minh Tuấn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sỹ này là của riêng tôi. Các kết quả, số liệu của luận án là trung thực và chưa được ai công bố trên bất kỳ tài liệu nào. Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh GS.

Nguyễn Thế Mịch Nguyễn Minh Tuấn PGS. Nguyễn Văn Bày DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Q - Lưu lượng (m3/h) Qtt - Lưu lượng tính toán (m3/h) Hlt - Cột áp lý thuyết (m) Hlt - Cột áp lý thuyết khi số cánh dẫn vô cùng (m) Htk - Cột áp thiết kế (m) Hh- cột áp hút (m) Hx- Cột áp xả (m) n - Số vòng quay quay (v/ph) ns – Số vòng quay đặc trưng (không thứ nguyên) Z1 - Số lá cánh bánh công tác của máy bơm (không thứ nguyên) Z2 – Số lá cánh hướng dòng (không thứ nguyên) Ntr - Công suất trục (kW) Nđc- Công suất động cơ (kW) Ntl – Công suất thủy lực (kW) ηb - Hiệu suất bơm (%) ηđc- Hiệu suất động cơ (%) ηll - Hiệu suất lưu lượng (%) ηck- Hiệu suất cơ khí (%) ηtl - Hiệu suất thủy lực (%) ηch – Hiệu suất cánh hướng (%) ηbx,ch – Hiệu suất bánh công tác và cánh hướng dòng (%) ηh,d – Hiệu suất ống hút và ống đẩy (%) ηlprofin – Hiệu suất lưới profin lá cánh (%) γ - Trọng lượng riêng (N/m3) ρ - Khối lượng riêng (kg/m3) g - Gia tốc trọng trường (m/s2) Vz - Vận tốc hướng trục trước và sau bánh công tác (m/s) V1 – Vận tốc lối vào bộ phận hướng dòng (m/s) V2 – Vận tốc tại miệng ra bộ phận hướng dòng (m/s) db- Đường kính bầu bánh công tác (m) d b – Tỷ số bầu (không thứ nguyên) D1- Đường kính vào bánh công tác (m) D3- Đường kính miệng ra bộ phận hướng dòng (m) D4- Đường kính bầu của bộ phận hướng dòng (m) 1 - Góc vào lá cánh bánh công tác (độ) 2 - Góc ra lá cánh bánh công tác (độ)  loe - Góc loe của bầu bộ phận hướng dòng (góc loe cánh hướng dòng) (độ) θ – Góc mở ống (độ) θtư – Góc mở tối ưu (độ) U- Điện thế (V) I- Dòng điện (A) KQ – Hệ số lưu lượng (không thứ nguyên) KH – Hệ số cột áp(không thứ nguyên) kγloe – Hệ số tổn thất do góc loe γloe (không thứ nguyên) kθ , θ – Hệ số tổn thất do góc loe θ (không thứ nguyên) k1 – Hệ số tỷ lệ tổn thất cột áp (không thứ nguyên) k2 – Hệ số cột áp lý thuyết (không thứ nguyên) Rtb – Bán kính trung bình tiết diện prôfin cánh bánh công tác (m) αb, αm – Góc đặt cánh ở tiết diện bầu và mép ngoài (độ) l/t – Độ mau lưới cánh (không thứ nguyên) ω – Vận tốc góc của trục bơm (rad/s) U – Vận tốc vòng trước và sau lưới cánh (m/s) ζ – Hệ số xâm thực (không thứ nguyên) Kε – Hệ số vận tốc kinh tuyến (không thứ nguyên) hx - Tổn thất năng lượng tương đối trong bánh công tác (không thứ nguyên) ΔH – Tổng tổn thất thủy lực trong máy bơm chìm hướng trục (m) Σhw – Tổng tổn thất thủy lực trong máy bơm hướng trục thông thường (m) hγloe - Tổn thất do góc loe bộ phận hướng dòng (m) Δh1 - Tổn thất trong phần loe (m) h tl - Tổn thất thủy lực ở dạng tương đối (không thứ nguyên) hh - Tổn thất thủy lực tại ống hút ở dạng tương đối (không thứ nguyên) hd - Tổn thất thủy lực tại ống đẩy ở dạng tương đối (không thứ nguyên) h bx - Tổn thất thủy lực tại bánh công tác ở dạng tương đối (không thứ nguyên) h ch - Tổn thất thủy lực tại cánh hướng dòng ở dạng tương đối (không thứ nguyên) h d ,t - Tổn thất thủy lực tại ống dẫn và ống tháo ở dạng tương đối (không thứ nguyên) hprofin – Tổn thất thủy lực do profin lá cánh (m) h bxprofin - Tổn thất thủy lực do profin lá cánh bánh công tác ở dạng tương đối (không thứ nguyên) δ - Chiều dày của lớp biên δ**- Chiều dày tổn thất mạch động Г’ - Giá trị của các thông số hình dạng Г1 - Giá trị của các thông số hình dạng khi xét đến chiều dày tổn thất mạch động δ**. λ - Hệ số cản trong chuyển động rối của chất lỏng trong ống (không thứ nguyên) v0 – Vận tốc trung bình của dòng chảy trong tiết diện (m/s) vmax – Vận tốc ở trục (m/s) r – Bán kính ống (m) f1 – Diện tích tiết diện vào của ống (m2) f2 – Diện tích tiết diện ra của ống (m2) s = f2/f1 – Độ mở ống (không thứ nguyên) ξ – Hệ số cản phần loe (không thứ nguyên) ξtp – Hệ số cản toàn phần (không thứ nguyên) χd và χt - Hệ số chuyển giá trị của hệ số tổn thất thủy lực cục bộ ζ (không thứ nguyên) Xp – Lực cản Yp- Lực nâng tgλ - Chất lượng nghịch đảo của profin tgλbx - Chất lượng nghịch đảo của profin lưới cơ bản dp/dx - Đại lượng của građiên áp lực DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT - HPMC - Công ty cổ phần Chế tạo bơm Hải Dương - Bộ KH&CN - Bộ Khoa học và công nghệ - CP - Cổ phần - HTCĐ – Hướng trục chìm đứng - KHCN: Khoa học công nghệ. - NXB – Nhà xuất bản - NCKH – Nghiên cứu khoa học - PTNT – Phát triển nông thôn - BHBG – Biến hình bảo giác DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Nội dung các bảng biểu Trang 1 Bảng 2.

Xây dựng đường dòng đẳng tốc trong mặt phẳng kinh tuyến 28 2 Bảng 2. Xây dựng đường dòng đẳng thế trong mặt phẳng kinh tuyến 31 Bảng 2. Giá trị hệ số tổn thất cho phần loe đối với các rãnh có hình dạng tiết 3 47 diện khác nhau Bảng 2. Kết quả tính toán lý thuyết hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục 4 58 với các góc loe của bộ phận hướng dòng khác nhau Bảng 2.

Các kích thước cơ bản của bộ phận hướng dòng với các trường hợp 5 59 góc loe Bảng 2. Kết quả tính toán lý thuyết hiệu suất máy bơm chìm với các trường 6 60 hợp số vòng quay đặc trưng khác nhau 7 Bảng 4. Dung sai các thông số khảo nghiệm máy bơm 123 8 Bảng 4. Bảng kết quả hiệu chỉnh thông số kỹ thuật máy bơm chìm hướng trục 124 9 Bảng 4.

Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 2. Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 3. Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 2. Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục (Z1 = 4, Z2 = 5) 130 Bảng 4.

Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 3. Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục tại góc 14 132 γloe = 760 Bảng 4. Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 3. Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục HTĐ 3.300-3 16 134 có γloe = 00 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ TT Nội dung các hình và đồ thị Trang 1 Hình 1.

Sản phẩm máy bơm chìm hướng trục của hãng ABS (Đức) 5 2 Hình 1. Máy bơm chìm của Flygt 5 3 Hình 1. Máy bơm chìm của EBARA (Nhật Bản) 6 Hình 1. Kết cấu tổ máy bơm chìm – động cơ điện chìm của hãng Sverdmash 4 6 (Nga) Hình 1.

Kết cấu máy bơm chìm hướng trục DAF 48-19012 (N=190kW, 5 7 n=590v/ph) của hãngDaiJin – Hàn Quốc 6 Hình 1. Bơm capsul của Công ty Cam Tuyền (Trung Quốc) 8 7 Hình 1. Bơm capsul của Công ty Khải Tuyền (Trung Quốc) 8 Hình 1. Sơ đồ miền tính toán cánh hướng dòng máy bơm chìm tại 8 9 Trung Quốc 9 Hình 1.

Mô hình bơm của Trường Đại học Thanh Hoa, Bắc Kinh 9 10 Hình 1. Mô hình 3D máy bơm chìm hướng trục phục vụ thoát nước thải 10 11 Hình 1. Phân bố áp suất trên bề mặt cánh hướng dòng bơm nước thải 11 12 Hình 1. Sự tác động hạt rắn gây mài mòn cánh hướng dòng bơm nước thải 11 13 Hình 1.

Mô hình 3D và hình ảnh thực tế máy bơm chìm bơm nước biển 12 14 Hình 1. Mô hình 3D CFD kết hợp giữa bánh công tác và bộ phận hướng dòng 12 15 Hình 1. Hiệu suất máy bơm theo mô phỏng số 12 16 Hình 1.